EDA技术与Verilog设计PPT电子课件教案-第四章_Verilog设计进阶.ppt

第4章 verilog设计进阶,主要内容, 过程语句（initial、always） 块语句（begin-end、fork-join） 赋值语句（assign、=、=） 条件语句（if-else、case、casez、casex） 循环语句（for、forever、repeat、while） 编译指示语句（define、include、ifdef、else、endif） 任务（task）与 函数（function） 顺序执行与并发执行,verilog hdl行为语句,4.1 过程语句,initial always 在一个模块（module）中，使用initial和always语句的次数是不受限制的。initial语句常用于仿真中的初始化，initial过程块中的语句仅执行一次；always块内的语句则是不断重复执行的。,always过程语句使用模板,always () begin /过程赋值 /if-else，case，casex，casez选择语句 /while，repeat，for循环 /task，function调用 end “always”过程语句通常是带有触发条件的，触发条件写在敏感信号表达式中，只有当触发条件满足时，其后的“begin-end”块语句才能被执行。,敏感信号表达式“event-expression”,敏感信号表达式又称事件表达式或敏感信号列表，即当该表达式中变量的值改变时，就会引发块内语句的执行。因此敏感信号表达式中应列出影响块内取值的所有信号。若有两个或两个以上信号时，它们之间用“or”连接。 例如： (a) /当信号a的值发生改变 (a or b) /当信号a或信号b的值发生改变 (posedge clock) /当clock 的上升沿到来时 (negedge clock) /当clock 的下降沿到来时 (posedge clk or negedge reset) /当clk的上升沿到来或reset信号的下降沿到来,敏感信号列表举例（4选1数据选择器）,module mux4_1(out,in0,in1,in2,in3,sel); output out; input in0,in1,in2,in3; input1:0 sel; reg out; always (in0 or in1 or in2 or in3 or sel) /敏感信号列表 case(sel) 2b00: out=in0; 2b01: out=in1; 2b10: out=in2; 2b11: out=in3; default: out=2bx; endcase endmodule,posedge和negedge关键字,对于时序电路，事件通常是由时钟边沿触发的，为表达边沿这个概念，verilog提供了posedge和negedge关键字来描述。比如： 【例】同步置数、同步清零的计数器 module count(out,data,load,reset,clk); output7:0 out; input7:0 data; input load,clk,reset; reg7:0 out; always (posedge clk) /clk上升沿触发 begin if(!reset) out=8h00; /同步清0，低电平有效 else if(load) out=data; /同步预置 else out=out+1; /计数 end endmodule,4.2 块语句,块语句是由块标志符begin-end或fork-join界定的一组语句，当块语句只包含一条语句时，块标志符可以缺省。 begin-end串行块中的语句按串行方式顺序执行。 比如： begin regb=rega; regc=regb; end 由于begin-end块内的语句顺序执行，在最后，将regb、regc 的值都更新为rega的值，该begin-end块执行完后，regb、regc 的值是相同的。,4.3 赋值语句,1、持续赋值语句（continuous assignments） assign为持续赋值语句，主要用于对wire型变量的赋值。 比如：assign c=a 在上面的赋值中，a、b、c三个变量皆为wire型变量，a和b信号的任何变化，都将随时反映到c上来。,2、过程赋值语句（procedural assignments） 过程赋值语句多用于对reg型变量进行赋值。过程赋值有阻塞（blocking）赋值和非阻塞（non_blocking）赋值两种方式。 （1）非阻塞（non_blocking）赋值方式 赋值符号为“=”， 如：b= a； 非阻塞赋值在整个过程块结束时才完成赋值操作，即b的值并不是立刻就改变的。 （2）阻塞（blocking）赋值方式 赋值符号为“=”， 如：b= a； 阻塞赋值在该语句结束时就立即完成赋值操作，即b的值在该条语句结束后立刻改变。如果在一个块语句中，有多条阻塞赋值语句，那么在前面的赋值语句没有完成之前，后面的语句就不能被执行，仿佛被阻塞了（blocking）一样，因此称为阻塞赋值方式。,阻塞赋值与非阻塞赋值,非阻塞赋值 module non_block(c,b,a,clk); output c,b; input clk,a; reg c,b; always (posedge clk) begin b=a; c=b; end endmodule,阻塞赋值 module block(c,b,a,clk); output c,b; input clk,a; reg c,b; always (posedge clk) begin b=a; c=b; end endmodule,阻塞赋值与非阻塞赋值,非阻塞赋值仿真波形图,阻塞赋值仿真波形图,阻塞赋值与非阻塞赋值,非阻塞赋值综合结果,阻塞赋值综合结果,4.4 条件语句,（ if-else语句） if-else语句使用方法有以下3种： （1）if（表达式） 语句1； （2）if（表达式） 语句1； else 语句2； （3）if（表达式1） 语句1； else if（表达式2） 语句2； else if（表达式3） 语句3； else if（表达式n） 语句n； else 语句n+1;,case语句的使用格式如下。 case （敏感表达式） 值1： 语句1； /case分支项 值2： 语句2； 值n： 语句n; default：语句n+1； endcase,case语句,bcd码七段数码管显示译码器,module decode4_7(decodeout,indec); output6:0 decodeout; input3:0 indec; reg6:0 decodeout; always (indec) begin case(indec) /用case语句进行译码 4d0:decodeout=7b1111110; 4d1:decodeout=7b0110000; 4d2:decodeout=7b1101101; 4d3:decodeout=7b1111001; 4d4:decodeout=7b0110011; 4d5:decodeout=7b1011011; 4d6:decodeout=7b1011111; 4d7:decodeout=7b1110000; 4d8:decodeout=7b1111111; 4d9:decodeout=7b1111011; default: decodeout=7bx; endcase end endmodule,4.5 循环语句,repeat loop,initial begin for(i=0;i4;i=i+1) out = out +1; end,initial begin repeat(5) out = out +1; end,initial begin i=0; while(i0) i=i+1; end,for loop,while loop,在verilog中存在四种类型的循环语句，用来控制语句的执行次数。这四种语句分别为: （1）forever：连续地执行语句；多用在“initial”块中，以生成时钟等周期性波形。 （2）repeat：连续执行一条语句n次。 （3）while：执行一条语句直到某个条件不满足。 （4）for：有条件的循环语句。,for语句,for语句的使用格式如下（同c语言）： for（表达式1；表达式2；表达式3）语句； 即：for（循环变量赋初值；循环结束条件；循环变量增值）执行语句；,用for语句描述的七人投票表决器,module voter7(pass,vote); output pass; input6:0 vote; reg2:0 sum; integer i; reg pass; always (vote) begin sum=0; for(i=0;i=6;i=i+1) /for语句 if(votei) sum=sum+1; if(sum2) pass=1; /若超过4人赞成，则pass=1 else pass=0; end endmodule,repeat语句,repeat语句的使用格式为： repeat（循环次数表达式） 语句； 或 repeat（循环次数表达式） begin end,用repeat实现8位二进制数的乘法,module mult_repeat(outcome, a, b); parameter size=8; inputsize:1 a,b; output2*size:1 outcome; reg2*size:1 temp_a,outcome; regsize:1 temp_b; always (a or b) begin outcome=0; temp_a=a; temp_b=b; repeat(size) /repeat语句，size为循环次数 begin if(temp_b1) /如果temp_b的最低位为1，就执行下面的加法 outcome=outcome +temp_a; temp_a=temp_a1; /操作数b右移一位 end end endmodule,4.6 编译指示语句,verilog允许在程序中使用特殊的编译向导（compiler directives）语句，在编译时，通常先对这些向导语句进行“预处理”，然后再将预处理的结果和源程序一起进行编译。 向导语句以符号“”开头，以区别于其它语句。verilog提供了十几条编译向导语句，如：define、ifdef、else、endif、restall等。比较常用的有define，include和ifdef、else、endif等。,宏替换define,define语句用于将一个简单的名字或标志符（或称为宏名）来代替一个复杂的名字或字符串，其使用格式为： define 宏名（标志符） 字符串 如：define sum ina+inb+inc+ind 在上面的语句中，用简单的宏名sum来代替了一个复杂的表达式ina+inb+inc+ind，采用了这样的定义形式后，在后面的程序中，就可以直接用sum来代表表达式ina+inb+inc+ind了。,文件包含include,include是文件包含语句，它可将一个文件全部包含到另一个文件中。其格式为： include “文件名” 使用include语句时应注意以下几点： （1）一个include语句只能指定一个被包含的文件。 （2）include语句可以出现在源程序的任何地方。被包含的文件若与包含文件不在同一个子目录下，必须指明其路径名。 （3）文件包含允许多重包含，比如文件1包含文件2，文件2又包含文件3等。,4.7 任务与函数,任务（task） 任务定义格式： task ； /注意无端口列表 端口及数据类型声明语句； 其它语句； endtask 任务调用的格式为： （端口1，端口2，）; 需要注意的是：任务调用时和定义时的端口变量应是一一对应的。,使用任务时，需要注意以下几点：,任务的定义与调用须在一个module模块内。 定义任务时，没有端口名列表，但需要紧接着进行输入输出端口和数据类型的说明。 当任务被调用时，任务被激活。任务的调用与模块调用一样通过任务名调用实现，调用时，需列出端口名列表，端口名的排序和类型必须与任务定义中的相一致。 一个任务可以调用别的任务和函数，可以调用的任务和函数个数不限。,函数（function） 函数的目的是返回一个值，以用于表达式的计算。 函数的定义格式： function 函数名； 端口声明； 局部变量定义； 其它语句； endfunction 是一个可选项，如果缺省，则返回值为1位寄存器类型的数据。,函数举例,function7:0 get0; input7:0 x; reg7:0 count; integer i; begin count=0; for (i=0;i=7;i=i+1) if(xi=1b0) count=count+1; get0=count; end endfunction 上面的get0函数循环核对输入数据x的每一位，计算出x中0的个数，并返回一个适当的值。,在使用函数时，需注意,函数的定义与调用须在一个module模块内。 函数只允许有输入变量且必须至少有一个输入变量，输出变量由函数名本身担任，在定义函数时，需对函数名说明其类型和位宽。 定义函数时，没有端口名列表，但调用函数时，需列出端口名列表，端口名的排序和类型必须与定义时的相一致。这一点与任务相同 函数可以出现在持续赋值assign的右端表达式中。 函数不能调用任务，而任务可以调用别的任务和函数，且调用任务和函数个数不受限制。,任务与函数的比较,4.8 顺序执行与并发执行,两个或更多个“always”过程块、“assign”持续赋值语句、实例元件调用等操作都是同时执行的。 在“always”模块内部，其语句如果是非阻塞赋值，也是并发执行的；而如果是阻塞赋值，则语句是按照指定的顺序执行的，语句的书写顺序对程序的执行结果有着直接的影响。,顺序执行的例子,顺序执行模块1 module seria